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SNCR与空气分级联合脱硝数值模拟及添加剂对SNCR的影响

作　者: 石岩
导　师: 刘辉
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: SNCR 空气分级数值模拟生物质气化气添加剂
分类号: X773
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

我国的NO_x污染主要是火电厂煤粉燃烧所引起的，NO_x的大量排放严重危害了人类和动植物的生存健康。空气分级燃烧和选择性非催化还原脱硝（SNCR）技术都是投资运行成本不高、NO_x脱除率中等的脱硝技术，空气分级燃烧属于燃烧中脱硝的低NO_x燃烧技术，SNCR属于燃烧后的烟气脱硝技术，两者的联合应用，具有广阔的应用前景。利用Fluent软件，对一台200MW机组锅炉空气分级燃烧过程进行数值模拟。分别对原始工况和改造后的空气分级燃烧过程的炉内温度场、O2浓度、CO浓度和NO的浓度分布进行了对比分析。采用空气分级燃烧技术后，由于炉内主燃区属于贫氧燃烧，使得炉内温度水平有所降低；炉膛出口CO浓度略微升高，这是由于空气分级导致CO没有完全被氧化所致；炉膛出口的NO排放量下降。锅炉100%负荷和70%负荷运行，采用空气分级燃烧技术分别取得了37.9%和33.8%的NO脱除率。根据炉内燃烧计算的结果，以上半炉膛为研究对象，对大型炉膛的SNCR反应过程进行数值模拟。当氨氮比增大，炉膛出口的NO浓度呈降低趋势，但锅炉尾部的漏氨量是增大的；SNCR的脱硝效率随还原剂尿素溶液质量分数的增大而减小，尾部氨漏失也同时减小；还原剂液滴的粒径增大，SNCR的脱硝效率略微增大，炉膛出口的氨漏失先减小再增大。通过选择合适的氨氮比、尿素溶液质量分数、液滴平均粒径等参数，SNCR脱硝效率可达到30%，经低氮燃烧和SNCR的联合脱硝改造，可以满足锅炉NO_x排放量低于200mg/m³的指标。添加剂对SNCR反应的影响较大。为了能让SNCR技术在电站锅炉上能取得更理想的脱硝效果，可考虑在将还原剂喷入炉膛的同时，再适量的喷入反应添加剂以改善系统的脱硝性能。因此，首先应探索添加剂对SNCR反应影响的规律。对添加生物质气化气的SNCR反应过程进行了试验研究和反应动力学分析，结果表明：添加生物质气化气能使反应温度窗向低温移动，温度窗口变窄，脱硝效率略微下降。通过比较生物质气化气添加剂和单一添加剂的试验结果，发现生物质气化气中对反应影响最大的是H₂，而CH₄和CO的影响相对较小。通过Chemkin模拟，也验证了这一点。为采用生物质气体添加剂改善大型炉膛中SNCR脱硝效果提供了参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 研究背景  9
  1.2 空气分级燃烧和 SNCR 技术简介  9-10
    1.2.1 空气分级燃烧技术  9-10
    1.2.2 SNCR 技术  10
  1.3 国内外研究现状  10-16
    1.3.1 空气分级燃烧的研究现状  10-12
    1.3.2 SNCR 的研究现状  12-16
  1.4 课题主要研究内容  16-18
第2章 200MW 机组锅炉炉内燃烧过程数值模拟  18-34
  2.1 模拟对象简介  18-20
  2.2 网格划分  20-21
  2.3 数学模型  21-24
    2.3.1 湍流流动模型  21-22
    2.3.2 两相流动模型  22-23
    2.3.3 挥发份析出和燃烧模型  23
    2.3.4 焦炭燃烧模型  23-24
    2.3.5 辐射换热模型  24
    2.3.6 NO_x 生成模型  24
  2.4 锅炉 100%负荷燃烧过程的数值模拟  24-31
    2.4.1 炉内冷态流场的模拟  24-25
    2.4.2 炉内温度分布  25-26
    2.4.3 炉内 O_2浓度分布  26-28
    2.4.4 炉内 CO 浓度分布  28-29
    2.4.5 炉内 NO 浓度分布  29-31
  2.5 锅炉 70%负荷燃烧过程的数值模拟  31-33
  2.6 本章小结  33-34
第3章 200MW 机组锅炉 SNCR 脱硝过程数值模拟  34-53
  3.1 模拟对象简介  34-35
  3.2 网格划分  35-36
  3.3 SNCR 模拟的数学模型  36
  3.4 SNCR 模拟的边界条件  36-37
  3.5 100%负荷 SNCR 脱硝过程数值模拟  37-48
    3.5.1 上半炉膛温度场和脱硝过程的模拟  37-42
    3.5.2 不同氨氮比的模拟计算  42-45
    3.5.3 不同尿素溶液质量分数的模拟计算  45-46
    3.5.4 不同液滴平均粒径的模拟计算  46-48
  3.6 70%负荷 SNCR 脱硝过程的模拟  48-51
  3.7 本章小结  51-53
第4章生物质气化气添加剂对 SNCR 的影响研究  53-63
  4.1 试验系统简介  53-56
    4.1.1 水平电加热炉本体  54
    4.1.2 石英玻璃反应器  54-55
    4.1.3 配气系统  55
    4.1.4 烟气成分分析系统  55-56
  4.2 反应动力学计算方法  56
  4.3 试验结果及分析  56-61
    4.3.1 生物质气化气添加剂与单一添加剂的比较  57-58
    4.3.2 不同 CH_4/CO/H_2混合比例对 SNCR 反应的影响  58-60
    4.3.3 生物质气化气不同添加量对 SNCR 反应的影响  60-61
  4.4 添加生物质气化气的反应动力学分析  61-62
  4.5 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-68
攻读学位期间发表的学术论文  68-70
致谢  70

SNCR与空气分级联合脱硝数值模拟及添加剂对SNCR的影响

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